(57)【要約】  アルコール混合燃料におけるアルコール濃度を検出する濃度検出装置であって、離間して配置された一対の電極に印加される交流電圧の、周波数を制御する周波数制御手段を備える。インピーダンスの容量成分値がゼロとなる第１周波数の交流電圧を印加した場合の、電極間の第１抵抗成分値を検出する。同様に、インピーダンスの容量成分値がゼロとなり、かつ、第１周波数とは異なる第２周波数の交流電圧を印加した場合の、電極間の第２抵抗成分値を検出する。アルコール濃度は、第１抵抗成分値と第２抵抗成分値との差に応じて算出される。
2011086677.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
アルコール混合燃料におけるアルコール濃度を検出する濃度検出装置であって、
離間して配置された一対の電極に印加される交流電圧の、周波数を制御する周波数制御手段と、
前記電極間に、インピーダンスの容量成分値がゼロとなる第１周波数の交流電圧を印加した場合の、前記電極間の第１抵抗成分値を検出すると共に、インピーダンスの容量成分値がゼロとなり、かつ、前記第１周波数とは異なる第２周波数の交流電圧を印加した場合の、前記電極間の第２抵抗成分値を検出する抵抗成分値検出手段と、
前記第１抵抗成分値と前記第２抵抗成分値との差に応じて、アルコール濃度を推定する濃度推定手段と、
を備えることを特徴とする濃度検出装置。
【請求項２】
アルコール混合燃料の温度を検出する温度検出手段を更に備え、
前記濃度推定手段は、前記第１抵抗成分値と前記第２抵抗成分値との差と、前記温度検出手段により検出された温度に応じて、アルコール濃度を推定することを特徴とする請求項１に記載の濃度検出装置。
【請求項３】
前記第１周波数と前記第２周波数との間の、所定の第３の周波数を印加した場合の、前記電極間の容量成分値を算出する容量成分値算出手段と、
前記第１抵抗成分値と前記第２抵抗成分値との差と、前記容量成分値とに応じて、アルコール混合燃料の温度を検出する温度推定手段と、
を更に備えることを特徴とする請求項１に記載の濃度検出装置。
【請求項４】
アルコール混合燃料の温度を検出する温度検出手段と、
前記第１周波数と前記第２周波数との間の、所定の第３の周波数を印加した場合の、前記電極間の容量成分値を算出する容量成分値算出手段と、
前記第１抵抗成分値と第２抵抗成分値との差と、前記容量成分値と、前記温度検出手段により検出された温度と、に応じて、アルコール混合燃料中の水分濃度を算出する水分濃度算出手段と、
を更に備えることを特徴とする請求項１又は２に記載の濃度検出装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は濃度検出装置に関する。更に具体的には、内燃機関に供給されるアルコール混合燃料中のアルコール濃度を検出するのに好適な濃度検出装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、ガソリン消費量の低減等の観点から、ＣＯやＨＣの排出量の少ないアルコールを内燃機関の燃料として使用することが注目されており、例えばガソリンとアルコールを混合した燃料を使用可能な内燃機関を有する車両（ＦＦＶ）が知られている。アルコール燃料を含む混合燃料はアルコールの濃度に応じてその最適な空燃比が異なる。従って、適正な空燃比制御を行なうためには、混合燃料中のアルコール濃度をより正確に把握することができる簡易な装置が望まれる。【０００３】
特許文献１には従来の、アルコール混合燃料中のアルコール濃度を検出する濃度検出装置が開示されている。特許文献１の濃度検出装置において、アルコール濃度センサとコイルＬとが直列に接続されている。アルコール濃度センサの導電率が、この回路に低電流を印加することで検出される。またアルコール濃度センサとコイルＬとで構成されるＬＣ共振回路において発生した共振周波数が、静電容量対応値として検出される。この周波数を周波数―電圧変換して電圧値を算出することにより、アルコール濃度センサの静電容量が算出される。特許文献１の濃度検出装置においては、この静電容量に基づいて混合燃料中のアルコール濃度が検出される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】日本実開平５−３３０５４号公報
【特許文献２】日本特開平７−３０６１７２号公報
【特許文献３】日本特開２００９−１４５１３１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
特許文献１のような従来の濃度検出装置においては、アルコール濃度センサ及び接続されるコンデンサやコイル等を含む回路全体に生じる電圧や共振周波数を検出することで、導電率や静電容量が検出される。従って、この検出値には、燃料に起因する成分値以外に、例えば、センサ自身の電極や、コンデンサ、コイル、リード線等（以下、電極等）に起因する成分値が含まれることとなる。従って、導電率や静電容量の変化量には、アルコール濃度に起因する変化量のほかに、電極等の劣化によるものが含まれることとなる。従って、電極等の劣化が大きい場合、劣化に起因する導電率や静電容量の変化量が大きくなり、算出されるアルコール濃度と実際の濃度との間のずれが大きくなることが考えられる。【０００６】
従って、この発明は上記課題を解決することを目的とし、電極の劣化等に起因する検出値のずれを小さく抑えて、アルコール濃度を検知できるように改良された濃度検出装置を提供するものである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
第１の発明は、上記の目的を達成するため、アルコール混合燃料におけるアルコール濃度を検出する濃度検出装置であって、
離間して配置された一対の電極に印加される交流電圧の、周波数を制御する周波数制御手段と、
前記電極間に、インピーダンスの容量成分値がゼロとなる第１周波数の交流電圧を印加した場合の、前記電極間の第１抵抗成分値を検出すると共に、インピーダンスの容量成分値がゼロとなり、かつ、前記第１周波数とは異なる第２周波数の交流電圧を印加した場合の、前記電極間の第２抵抗成分値を検出する抵抗成分値検出手段と、
前記第１抵抗成分値と前記第２抵抗成分値との差に応じて、アルコール濃度を推定する濃度推定手段と、
を備える。【０００８】
第２の発明は、第１の発明において、アルコール混合燃料の温度を検出する温度検出手段を更に備え、
前記濃度推定手段は、前記第１抵抗成分値と前記第２抵抗成分値との差と、前記温度検出手段により検出された温度に応じて、アルコール濃度を推定する。【０００９】
第３の発明は、第１の発明において、
前記第１周波数と前記第２周波数との間の、所定の第３の周波数を印加した場合の、前記電極間の容量成分値を算出する容量成分値算出手段と、
前記第１抵抗成分値と前記第２抵抗成分値との差と、前記容量成分値とに応じて、アルコール混合燃料の温度を検出する温度推定手段と、
を更に備える。【００１０】
第４の発明は、第１又は第２の発明において、
アルコール混合燃料の温度を検出する温度検出手段と、
前記第１周波数と前記第２周波数との間の、所定の第３の周波数を印加した場合の、前記電極間の容量成分値を算出する容量成分値算出手段と、
前記第１抵抗成分値と第２抵抗成分値との差と、前記容量成分値と、前記温度検出手段により検出された温度と、に応じて、アルコール混合燃料中の水分濃度を算出する水分濃度算出手段と、
を更に備える。
【発明の効果】
【００１１】
第１の発明によれば、インピーダンスの容量成分値がゼロとなり、かつ、それぞれ異なる第１、第２の周波数の交流電圧に対する第１抵抗成分値と第２抵抗成分値との差に応じてアルコール濃度が検出される。これにより、電極や濃度検出装置のリード線等に起因する抵抗成分値を、装置の回路全体の抵抗から除去することができる。これにより、電極等の劣化等による検出値への影響を除去することができ、燃料成分値に起因する抵抗成分値にのみ基づいて、正確にアルコールの濃度を検出することができる。【００１２】
第２の発明によれば、第１抵抗成分値と第２抵抗成分値との差と、混合燃料の温度に応じて、アルコール濃度が推定される。アルコールの導電率は、温度によっても変化する。従って、温度に応じて濃度が推定されることにより、より正確にアルコール濃度を推定することができる。【００１３】
第３の発明によれば、第１抵抗成分値と第２抵抗成分値と共に、所定の第３の周波数に対する容量成分値が算出される。ここで、抵抗成分値と容量成分値とは、共に温度に相関を有する。従って、第１抵抗成分値と第２抵抗成分値と差と、容量成分値とを検出することで、アルコール濃度と共に、温度を検出することができる。これにより、温度センサ等を別途設置する必要がなくなり、システムのコストダウンを図ることができる。【００１４】
第４の発明によれば、第１抵抗成分値と第２抵抗成分値との差と、容量成分値と、温度とをパラメータとして、混合燃料中のアルコール濃度を検出すると共に、水分濃度を検出することができる。従って、より正確に燃料性状を検出することができ、高い精度での空燃比制御等を実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】この発明の実施の形態１におけるシステムの全体構成について説明するための模式図である。
【図２】この発明の実施の形態１における濃度検出装置の等価回路図である。
【図３】金属電極と導電性物質との、温度に対する抵抗の変化について説明するための図である。
【図４】この発明の実施の形態１における濃度検出装置に交流周波数を印加した場合の複素インピーダンスプロット図である。
【図５】この発明の実施の形態１において制御装置が実行する制御のルーチンについて説明するための図である。
【図６】この発明の実施の形態２における濃度検出装置の導電率と静電容量と、温度との関係について説明するための図である。
【図７】この発明の実施の形態２において制御装置が実行する制御のルーチンについて説明するための図である。
【図８】この発明の実施の形態３における濃度検出装置の濃度換算値と水分との関係について説明するための図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
以下、図面を参照して本発明の実施の形態について説明する。なお、各図において、同一または相当する部分には同一符号を付してその説明を簡略化ないし省略する。
【００１７】
実施の形態１．
図１はこの発明の実施の形態１における濃度検出装置の設置状態について説明するための模式図である。図１に示すように、濃度検出装置２は、例えばガソリンにアルコールが混合された混合燃料を用いる場合などに、混合燃料中のアルコール濃度を検出するために用いられる。図１では、濃度検出装置が、車両等に搭載される内燃機関４の燃料経路６等に搭載された例を表している。但し、この発明において、濃度検出装置２の設置・使用箇所はこれに限るものではなく、この濃度検出装置２は燃料濃度の検出に必要な箇所において広く用いることができる。
【００１８】
濃度検出装置２は、離間して配置された一対の電極８を備えている。電極８の少なくとも一部は、混合燃料に接することができる状態で燃料経路６内に設置される。濃度検出装置２は、電極８に接続し、電極８に交流及び直流電圧を印加するための交流電源１０を備えている。図示を省略するが、濃度検出装置２は、電極８間のインピーダンスを検出するインピーダンス検出器や、交流周波数を検出する周波数検出器等が接続された検出回路を構成している。
【００１９】
濃度検出装置２は、更に制御装置１２を備える。制御装置１２は濃度検出装置２の各種検出器等及び交流電源１０に接続されている。制御装置１２は、これら検出器の出力信号を受けて、濃度検出装置２のインピーダンス等を検出すると共に、検出された情報に応じて種々の演算等を行なう。また、例えば、交流電源１０に制御信号を発し、濃度検出装置２に印加する電圧の周波数等を制御する。
【００２０】
ところで、混合燃料中のガソリンとアルコールとでは導電率や誘電率が大きく異なりアルコールの方が大きい。従って混合燃料中の誘電率や導電率は、アルコールの濃度に変化に追従して変化する。これを利用して、電極８間の抵抗値や静電容量を検出することで、混合燃料中のアルコール濃度を検出することができる。
【００２１】
ここで、濃度検出装置２に交流電圧を印加した場合に生じるインピーダンスには、次の成分に分けて考えることができる。
（１）電極８間の燃料に由来する成分
（２）電極８等、燃料以外の部分に起因する成分
【００２２】
なお、（２）の電極８等、燃料以外の部分に起因する容量成分は、例えばセンサ回路中にコンデンサを設置するなどして打ち消すようにしており、ここでは無視することができる。従って、濃度検出装置２は、図２に示すような等価回路図を有することとなる。
【００２３】
図２はこの発明の実施の形態１における濃度検出装置２の等価回路図である。図２の等価回路図において、燃料抵抗成分Ｒｆ、燃料容量成分Ｃｆは上記（１）の電極８巻の混合燃料由来の成分であり、電極抵抗成分Ｒｅは（２）の電極８等、燃料以外に由来する抵抗成分を示している。
【００２４】
この等価回路図においては、燃料抵抗成分Ｒｆ、燃料容量成分Ｃｆが、混合燃料のアルコール濃度に応じて変化する成分となる。従って、燃料抵抗成分Ｒｆの変化を検出することにより、アルコール濃度の変化を検出することができる。
【００２５】
しかし、回路全体に交流又は直流電圧を印加した場合に検出される抵抗値には、上記（２）の電極抵抗成分Ｒｅ分が含まれることとなる。電極抵抗成分Ｒｅが一定値であれば、燃料抵抗成分Ｒｆの変化のみの検出は容易である。しかし、電極抵抗成分Ｒｅには、劣化による変化や、温度による変化が生じる。
【００２６】
図３は、金属電極及び導電性物質の温度に応じた抵抗の変化を説明するための図であり、横軸は温度、縦軸は抵抗を表している。また、図３において破線(ａ)は金属電極の抵抗を表し、曲線（ｂ）は、導電性物質の抵抗の変化を表している。
【００２７】
図３に示されるように、金属電極の抵抗は、温度が高くなるにつれて高くなる。一方、導電性物質の抵抗は温度が高くなるにつれて低下する。このことから、濃度検出装置２においても、電極８等の抵抗成分である電極抵抗成分Ｒｅの抵抗は、温度が高くなるにつれて大きくなり、導電性物質である混合燃料に起因する燃料抵抗成分Ｒｆの抵抗は、温度が高くなるにつれて小さくなることがわかる。
【００２８】
このように、電極抵抗成分Ｒｅと燃料抵抗成分Ｒｆとは、温度に対し相反する変化を示す特性をもっている。混合燃料中のアルコール濃度に起因する抵抗の変化を正確に検出するためには、このような電極抵抗成分Ｒｅと燃料抵抗成分Ｒｆのそれぞれに相反して現れる温度変化に対する抵抗の変化を除去した上で、燃料抵抗成分Ｒｆのアルコール濃度変化に応じた変化を測定する必要がある。
【００２９】
また、電極８や、濃度検出装置２の検出回路を構成するリード線等の抵抗値は、経時劣化により変化する。特に、電極８は混合燃料中に設置されるものであり、その劣化が大きく、抵抗値の変化も大きくなる場合がある。従って、アルコール濃度に起因する抵抗の変化を正確に検出するためには、電極抵抗成分Ｒｅに現れる劣化による抵抗値の変化を除去することも重要となる。
【００３０】
そこで、この実施の形態１では、濃度検出装置２の回路に交流電圧を印加することで以下のように、電極抵抗成分Ｒｅと燃料抵抗成分Ｒｆとを分離して検出する。図４は、濃度検出装置２の検出回路に交流電圧の周波数をスイーブ（変化）させて印加した場合に検出される濃度検出装置２のインピーダンスの変化を、複素インピーダンスプロットで表した図である。図４において横軸は、インピーダンスの実数成分（抵抗成分）、縦軸は虚数成分（容量成分）を表している。
【００３１】
図４のように、濃度検出装置２の回路に交流電圧を印加した場合、上記（１）の燃料に起因する成分と、（２）の燃料以外（電極等）に起因する成分とを、その成分の物性の違いより、分離した状態で検出することができる。
【００３２】
図４において、複素インピーダンスを表す曲線とｘ軸との交点の抵抗値Ｒ１（第１抵抗成分値）は、電極抵抗成分Ｒｅの値となる。一方、交点の抵抗値Ｒ２（第２抵抗成分値）は、電極抵抗成分Ｒｅと燃料抵抗成分Ｒｆとの合算値である。従って、抵抗値Ｒ１、Ｒ２を検出することにより、燃料抵抗成分Ｒｆを、Ｒｆ＝Ｒ２−Ｒ１により検出することができる。
【００３３】
抵抗値Ｒ１、Ｒ２に相当する第１周波数ｆ１、第２周波数ｆ２は、混合燃料中の成分や混合燃料が使用されている温度範囲等がある程度特定されていれば、決定できる適合値である。従って、この実施の形態１では、第１周波数ｆ１及び第２周波数ｆ２を、混合燃料の成分や使用環境に応じて実験等により適切な値に定め、予め制御装置１２に記憶しておく。濃度検出に際しては、このように予め記憶された第１周波数ｆ１、第２周波数ｆ２の周波数を夫々印加してインピーダンスを検出することで、抵抗値Ｒ１、Ｒ２を検出する。
【００３４】
なお、この実施の形態１では、ガソリンとアルコールとの混合燃料を用いること等を考慮して、第１周波数ｆ１を、10[kHz]〜1[MHz]とし、第２周波数ｆ２を100[Hz]〜10[kHz]としている。
【００３５】
このようにＲ１、Ｒ２から検出された燃料抵抗成分Ｒｆは、センサの電極等に起因する抵抗を含まず、純粋に燃料に起因する抵抗であると考えられる。燃料抵抗成分Ｒｆは、アルコール濃度と相関を有すると共に、温度に相関を有する。従って、この実施の形態１では、燃料抵抗成分Ｒｆと、アルコール濃度と、温度との関係を予め求めて、制御装置１２にマップとして記憶する。濃度検出に際しては、燃料抵抗成分Ｒｆと、温度センサ等の出力から求められる混合燃料の温度Ｔとをパラメータとし、このマップに従ってアルコール濃度が算出される。
【００３６】
図５は、この発明の実施の形態１において制御装置が実行する制御のルーチンについて説明するためのフローチャートである。図５のルーチンは内燃機関４の運転中、一定期間ごとに繰り返し実行されるルーチンである。図５のルーチンでは、まず、内燃機関４が始動しているかどうかが検出される（Ｓ１２）。内燃機関４が停止中であれば燃料濃度の検知が不要であるため、今回のルーチンは終了する。
【００３７】
一方、内燃機関４が始動していることが認められると、次に、濃度検出装置２が正常な状態にあるかどうかが判別される（Ｓ１４）。ここでは、例えば、濃度検出装置２がまだ活性温度にまで暖機されていないような場合には、正常状態が認められない。このように濃度検出装置２が正常であることが認められない場合、今回のルーチンが終了する。
【００３８】
一方、ステップＳ１４において、濃度検出装置２が正常であることが認められると、次に、温度Ｔが検出される（Ｓ１６）。温度Ｔは燃料経路６に設置された温度センサ（図示せず）の出力信号に応じて制御装置１２において検出される。
【００３９】
次に、濃度検出装置２の回路に第１周波数の交流電圧が印加され、インピーダンスが検出される（Ｓ１８）。具体的には、制御装置１２において、予め記憶された第１周波数ｆ１が読み出され、交流電源１０に所定の制御信号が出力されることで、電極８間に第１周波数ｆ１の交流電圧が印加される。ここで生じたインピーダンスが検出される。
【００４０】
次に、濃度検出装置２の回路に第２周波数ｆ２の交流電圧が印加され、インピーダンスが検出される（Ｓ２０）。具体的には、制御装置１２において、予め記憶された第２周波数ｆ２が読み出される。そして、交流電源１０に所定の制御信号が出力されることで、電極８間に第２周波数ｆ２の交流電圧が印加され、ここで生じたインピーダンスが検出される。
【００４１】
次に、ステップＳ１８、Ｓ２０において検出されたインピーダンスに基づいて、燃料抵抗成分Ｒｆが検出される（Ｓ２２）。燃料抵抗成分Ｒｆは、第１周波数に対するインピーダンスから検出される抵抗値Ｒ１と第２周波数に対する抵抗成分から検出される抵抗値Ｒ２との差であり、燃料抵抗成分Ｒｆ＝抵抗値Ｒ２−抵抗値Ｒ１により求められる。
【００４２】
次に、燃料抵抗成分Ｒｆと、現在の温度Ｔに応じて、アルコール濃度が算出される（Ｓ２４）。アルコール濃度は、温度Ｔと燃料抵抗成分Ｒｆと、アルコール濃度との関係を示すマップに従って求められる。このマップは予め制御装置１２に記憶されている。その後、今回のルーチンが終了する。
【００４３】
以上説明したように、この実施の形態１によれば、電極８等に起因する電極抵抗成分Ｒｅと、燃料に起因する燃料抵抗成分Ｒｆとを分離して検出することができる。電極８等の劣化やその温度変化に起因する抵抗値の変化の影響を除去し、燃料に起因する燃料抵抗成分Ｒｆの変化のみに応じて、混合燃料のアルコール濃度の検出を行なうことができる。従って、より正確にアルコール濃度が検出される。
【００４４】
なお、実施の形態１では、第１周波数ｆ１と第２周波数ｆ２とを印加した場合の値に応じて各抵抗値Ｒ１、Ｒ２を検出する場合について説明した。しかし、この発明においては、これに限るものではなく、例えば、濃度検出の度に周波数を高周波数から低周波数までスイーブさせて複数回の検出を行って交流インピーダンス法により、抵抗値Ｒ１、Ｒ２を検出することもできる。
【００４５】
また、混合燃料の温度を検出し温度と燃料抵抗成分Ｒｆの抵抗値に応じて燃料濃度を検出する場合について説明した。しかし、この発明はこれに限るものではなく、温度変化に対する燃料抵抗成分Ｒｆの抵抗値変化が無視できる程度のものであれば、燃料抵抗成分Ｒｆの抵抗値のみに応じて燃料濃度を検出することもできる。
【００４６】
なお、実施の形態１において、ステップＳ１６が実行されることにより、この発明の「温度検出手段」が実現し、ステップＳ１８、Ｓ２０、Ｓ２２が実行されることにより「抵抗成分検出手段」が実現し、ステップＳ２４が実行されることにより「濃度推定手段」が実現する。
【００４７】
実施の形態２．
実施の形態２の濃度検出装置は、図１の装置と同様の構成をする。実施の形態２の濃度検出装置は、アルコール濃度の検出と共に、混合燃料の温度の検出を行なう点を除き、実施の形態１の装置と同様である。
【００４８】
図６は燃料の導電率（抵抗値の逆数）と静電容量との関係を説明するための図である。上述したように燃料の抵抗成分は、温度と相関を有する。また、図６に示されるように、燃料の静電容量も温度と相関を有し、温度に応じて変化する。具体的に、導電率は、温度が高くなると高くなり、静電容量は、温度が高くなるにつれて小さくなる。また、上述したように導電率は、アルコール濃度と相関を有する。従って、導電率と静電容量とをパラメータとすることで、アルコール濃度と、温度とを同時に検出することができる。
【００４９】
制御装置１２は、図６に示されるような導電率と静電容量と温度との関係を、マップとして記憶している。導電率（抵抗値）と静電容量とを検出することで、燃料濃度と温度とを同時に検出することができる。
【００５０】
混合燃料の静電容量は、上記図４において燃料容量成分Ｃｆが最大値となっている時の値である。この燃料容量成分Ｃｆが最大となるときの周波数を、第３周波数ｆ３とし、抵抗成分の値を抵抗値Ｒ３とすると、次式（１）の関係が成立する。
Ｒ３Ｃｆ＝１／（２πｆ３）    ・・・・（１）
【００５１】
抵抗値Ｒ３は、近似的に、図４における抵抗値Ｒ１と抵抗値Ｒ２との中間点の値と考えられ、ここでは、Ｒ３＝Ｒ１＋Ｒ２／２とする。第３周波数ｆ３は、抵抗値Ｒ３となる周波数を予め特定しておく。第３周波数ｆ３は、第１、第２周波数ｆ１、ｆ２と同様に、混合燃料中の成分や混合燃料が使用されている温度範囲等がある程度特定されていれば、決定できる適合値である。従って、この実施の形態２では、第１周波数ｆ１及び第２周波数ｆ２と共に、第３周波数ｆ３を混合燃料の成分や使用環境に応じて実験等により求め、予め制御装置１２に記憶しておく。上記（１）式に、第３周波数ｆ３と抵抗値Ｒ３を代入することで、燃料容量成分Ｃｆを算出することができる。
【００５２】
図７は、この発明の実施の形態２における制御のルーチンについて説明するためのフローチャートである。図７のルーチンは、図５のルーチンのステップＳ１６の処理を有さず、ステップＳ２２の処理の後に、ステップＳ３０、Ｓ３２の処理を有する点においてのみ図５のルーチンと異なる。
【００５３】
具体的に、図７のルーチンでは、ステップＳ２２の処理の後、燃料容量成分Ｃｆの値が算出される（Ｓ３０）。具体的には、ステップＳ２２において算出された抵抗値Ｒ１、Ｒ２と、制御装置１２に予め記憶された第３周波数ｆ３を、上記式（１）に代入することで燃料容量成分が算出される。
【００５４】
次に、混合燃料の温度が算出される（Ｓ３２）。温度は、ステップＳ２２において算出された燃料抵抗成分Ｒｆの逆数（即ち導電率）と燃料容量成分Ｃｆの値とに応じて、制御装置１２に予め記憶されたマップに従って算出される。
【００５５】
次に、アルコール濃度が検出される（Ｓ２４）。ここでは、ステップＳ３２において算出された温度と、燃料抵抗成分Ｒｆとに応じたアルコール濃度が検出される。
【００５６】
以上説明したように、実施の形態２においては、アルコール濃度の検出と同一の装置で、混合燃料の温度をも検出することができる。従って、温度センサ等を設置する必要がなくなるため、システムのコストダウンや小型化を図ることができる。
【００５７】
なお、この実施の形態２においては、予め決められた第３周波数ｆ３と、抵抗値Ｒ１、Ｒ２から近似的に求められる抵抗値Ｒ３により、燃料容量成分Ｃｆを求める場合について説明した。しかし、この発明は、これに限るものではなく、複数回周波数を変化させることで、例えば図４に示されるような複素インピーダンスの曲線を求め、これにより燃料容量成分Ｃｆを求めるものとすることもできる。
【００５８】
実施の形態２において、ステップＳ３０が実行されることで、この発明の「容量成分算出手段」が実現し、ステップＳ３２が実行されることで、この発明の「温度推定手段」が実現する。
【００５９】
実施の形態３．
図８はこの発明の実施の形態３における混合燃料中の水分混入量の変化に対する濃度検出装置に基づく濃度換算値の変化を説明するための図であり、横軸は水分混入量[wt%]、縦軸は濃度換算値[wt%]を表している。線分(a)、(b)、(c)は、混合燃料中に混合されたエタノールの最初の濃度が100%、85%、22%の場合の例を表している。
【００６０】
ここで、水の誘電率は、エタノールに対して約3.3倍である。従って、燃料としてガソリンにエタノールを混入させた混合燃料を用いる場合に、エタノールへの水の混入量が更に1%増加することで、その静電容量は1.5％増加する。従って、例えば、燃料としてガソリンに混入したエタノール濃度が85%だった線分(b)の場合のように、水分混入量が1%増加すると、エタノール濃度が1.5%増加した検出値を示す。
【００６１】
このように、その混合燃料に対する水分の混入量と静電容量の変化は相関を有する。また、混合燃料中のアルコール濃度が変化するため、導電率もそれに応じて変化する。従って、燃料抵抗成分Ｒｆと水分混入量とは特定の相関を有する。
【００６２】
従って、燃料として混入される成分が判明している場合、燃料容量成分Ｃｆと燃料抵抗成分Ｒｆと、更に温度センサにより検出される温度をパラメータとすることで、混合燃料中のアルコール濃度を特定することができると共に、水分濃度を検出することができる。実施の形態３においては、予め、燃料容量成分Ｃｆと燃料抵抗成分Ｒｆ、温度Ｔと、アルコール濃度、水分濃度との関係を実験等により求め、マップとして制御装置１２に記憶しておく。実際の濃度検出においては、実施の形態１、２に説明する手法で、燃料容量成分Ｃｆと燃料抵抗成分Ｒｆ、温度Ｔを検出し、マップに従ってアルコール濃度と水分濃度が検出される。
【００６３】
以上説明したように、この実施の形態３においては、燃料容量成分Ｃｆと燃料抵抗成分Ｒｆを検出することで、混合燃料中の水分濃度を検出することができる。従って、１の装置でアルコール濃度と水分濃度を共に検出することができ、装置を大型化することなく、より正確に燃料性状を把握することができる。
【符号の説明】
【００６４】
２  濃度検出装置
４  内燃機関
６  燃料経路
８  電極
１０  交流電源
１２  制御装置
Ｃｆ  燃料容量成分
Ｒｅ  電極抵抗成分
Ｒｆ  燃料抵抗成分
【図１】
2011086677.tif 000003
【図２】
2011086677.tif 000004
【図３】
2011086677.tif 000005
【図４】
2011086677.tif 000006
【図５】
2011086677.tif 000007
【図６】
2011086677.tif 000008
【図７】
2011086677.tif 000009
【図８】
2011086677.tif 000010
【手続補正書】
【提出日】平成24年4月9日(2012.4.9)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
アルコール混合燃料におけるアルコール濃度を検出する濃度検出装置であって、
離間して配置された一対の電極に印加される交流電圧の、周波数を制御する周波数制御手段と、
前記電極間に、インピーダンスの容量成分値がゼロとなる第１周波数の交流電圧を印加した場合の、前記電極間の第１抵抗成分値を検出すると共に、インピーダンスの容量成分値がゼロとなり、かつ、前記第１周波数とは異なる第２周波数の交流電圧を印加した場合の、前記電極間の第２抵抗成分値を検出する抵抗成分値検出手段と、
前記第１抵抗成分値と前記第２抵抗成分値との差に応じて、アルコール濃度を推定する濃度推定手段と、
を備えることを特徴とする濃度検出装置。
【請求項２】
アルコール混合燃料の温度を検出する温度検出手段を更に備え、
前記濃度推定手段は、前記第１抵抗成分値と前記第２抵抗成分値との差と、前記温度検出手段により検出された温度に応じて、アルコール濃度を推定することを特徴とする請求項１に記載の濃度検出装置。
【請求項３】
前記第１周波数と前記第２周波数との間の、所定の第３の周波数の交流電圧を印加した場合の、前記電極間の容量成分値を算出する容量成分値算出手段と、
前記第１抵抗成分値と前記第２抵抗成分値との差と、前記容量成分値とに応じて、アルコール混合燃料の温度を検出する温度推定手段と、
を更に備えることを特徴とする請求項１に記載の濃度検出装置。
【請求項４】
アルコール混合燃料の温度を検出する温度検出手段と、
前記第１周波数と前記第２周波数との間の、所定の第３の周波数の交流電圧を印加した場合の、前記電極間の容量成分値を算出する容量成分値算出手段と、
前記第１抵抗成分値と第２抵抗成分値との差と、前記容量成分値と、前記温度検出手段により検出された温度と、に応じて、アルコール混合燃料中の水分濃度を算出する水分濃度算出手段と、
を更に備えることを特徴とする請求項１又は２に記載の濃度検出装置。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００９
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００９】
第３の発明は、第１の発明において、
前記第１周波数と前記第２周波数との間の、所定の第３の周波数の交流電圧を印加した場合の、前記電極間の容量成分値を算出する容量成分値算出手段と、
前記第１抵抗成分値と前記第２抵抗成分値との差と、前記容量成分値とに応じて、アルコール混合燃料の温度を検出する温度推定手段と、
を更に備える。
【手続補正３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１０
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１０】
第４の発明は、第１又は第２の発明において、
アルコール混合燃料の温度を検出する温度検出手段と、
前記第１周波数と前記第２周波数との間の、所定の第３の周波数の交流電圧を印加した場合の、前記電極間の容量成分値を算出する容量成分値算出手段と、
前記第１抵抗成分値と第２抵抗成分値との差と、前記容量成分値と、前記温度検出手段により検出された温度と、に応じて、アルコール混合燃料中の水分濃度を算出する水分濃度算出手段と、
を更に備える。
【手続補正４】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１５
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１５】
【図１】この発明の実施の形態１におけるシステムの全体構成について説明するための模式図である。
【図２】この発明の実施の形態１における濃度検出装置の等価回路図である。
【図３】金属電極と導電性物質との、温度に対する抵抗の変化について説明するための図である。
【図４】この発明の実施の形態１における濃度検出装置に交流電圧を印加した場合の複素インピーダンスプロット図である。
【図５】この発明の実施の形態１において制御装置が実行する制御のルーチンについて説明するための図である。
【図６】この発明の実施の形態２における濃度検出装置の導電率と静電容量と、温度との関係について説明するための図である。
【図７】この発明の実施の形態２において制御装置が実行する制御のルーチンについて説明するための図である。
【図８】この発明の実施の形態３における濃度検出装置の濃度換算値と水分との関係について説明するための図である。
【手続補正５】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００２０
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００２０】
ところで、混合燃料中のガソリンとアルコールとでは導電率や誘電率が大きく異なりアルコールの方が大きい。従って混合燃料中の誘電率や導電率は、アルコールの濃度の変化に追従して変化する。これを利用して、電極８間の抵抗値や静電容量を検出することで、混合燃料中のアルコール濃度を検出することができる。
【手続補正６】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００２３
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００２３】
図２はこの発明の実施の形態１における濃度検出装置２の等価回路図である。図２の等価回路図において、燃料抵抗成分Ｒｆ、燃料容量成分Ｃｆは上記（１）の電極８間の混合燃料由来の成分であり、電極抵抗成分Ｒｅは（２）の電極８等、燃料以外に由来する抵抗成分を示している。
【手続補正７】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００３３
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００３３】
抵抗値Ｒ１、Ｒ２に相当する第１周波数ｆ１、第２周波数ｆ２は、混合燃料中の成分や混合燃料が使用されている温度範囲等がある程度特定されていれば、決定できる適合値である。従って、この実施の形態１では、第１周波数ｆ１及び第２周波数ｆ２を、混合燃料の成分や使用環境に応じて実験等により適切な値に定め、予め制御装置１２に記憶しておく。濃度検出に際しては、このように予め記憶された第１周波数ｆ１、第２周波数ｆ２の交流電圧を夫々印加してインピーダンスを検出することで、抵抗値Ｒ１、Ｒ２を検出する。
【手続補正８】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００５１
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００５１】
抵抗値Ｒ３は、近似的に、図４における抵抗値Ｒ１と抵抗値Ｒ２との中間点の値と考えられ、ここでは、Ｒ３＝（Ｒ１＋Ｒ２）／２とする。第３周波数ｆ３は、抵抗値Ｒ３となる周波数を予め特定しておく。第３周波数ｆ３は、第１、第２周波数ｆ１、ｆ２と同様に、混合燃料中の成分や混合燃料が使用されている温度範囲等がある程度特定されていれば、決定できる適合値である。従って、この実施の形態２では、第１周波数ｆ１及び第２周波数ｆ２と共に、第３周波数ｆ３を混合燃料の成分や使用環境に応じて実験等により求め、予め制御装置１２に記憶しておく。上記（１）式に、第３周波数ｆ３と抵抗値Ｒ３を代入することで、燃料容量成分Ｃｆを算出することができる。
【国際調査報告】
2011086677.tif 000011
2011086677.tif 000012
2011086677.tif 000013
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